光纤医用传感器课件.pptVIP

光纤医用传感器 简介 光纤传感器在观察体内器官，传递形态学检查图像中起到重要作用。它一般是由光纤和光电器件组成。光纤是由纤维芯和覆盖层组成的。光纤的直径多为10～200μm，长度因用途而异。纤维芯的材料一般用多成分玻璃或塑料制成，而覆盖层用折射率低的玻璃或其它材料。为了将光从光纤的一端传到另一端，外部射入光线的入射角应满足全反射的基本条件。此外，还要避免光在一定的传播距离内，纤维芯的吸收、散射及弯曲处的辐射而造成能量被耗尽的情况。 光纤体压计可以测量人体内各部位的压力，甚至颅内和心血管（尤其是动脉和心室）压力也可以用光纤体压计来测量。 医用光纤传感器种类还有很多，如光纤测氧计、光纤血流计、纤体温计和光纤医用PH计等。 强度调制型光纤温度传感器 一、液晶光纤温度传感器 液晶光纤温度传感器是最早研制的温度光纤探头之一。对某一定波长，液晶由于温度的变化而呈现出颜色或反射率的变化。 液晶的传感机理是相当简单的；光进入入射光纤，被液晶反射后通过出射光纤而被探测，反射光的光强是温度的函数。这类传感器的测量范围是很有限的， 为35—50℃，但准确度可高达0.1 ℃ ，因此只适用于监视生物过程。 强度调制型光纤温度传感器 强度调制型光纤温度传感器 双折射晶体是光学透明的，对两个互相垂直的偏振光，它的折射率是不同的。光通过入射光纤、起偏器和晶体，从反射镜反射后再通过晶体、检偏器和出射光纤而被探测。由于双折射特性是温度的灵敏函数，而双折射的变化引起了光强的改变。所以光强的变化是正比于温度的。这种传感器也只限于生物过程中的温度测量。 强度调制型光纤温度传感器 采用液体介质光纤方法进行温度检测的装置是一种利用透明液体的折射率与温度有关的光纤传感器。 光纤传感器的感温段是利用透明液体作为纤芯或包层的原理制成的。 其设计原理是利用光沿多模光纤传播时，加在光纤末端部分的对温度敏感的液体油包层会产生衰减。温度的增加会使液体油包层的反射率减小，由反射端面反射的光随温度下降而衰减。 强度调制型光纤温度传感器 波长调制型光纤温度传感器 一、半导体光纤体温计 工作原理 这种传感器的基本原理是利用多数半导体所具有的能量带隙随温度T的升高几乎线性地减小的特性。对应于半导体的透射率特性曲线边沿的波长，随温度增加而向长波长方向移动. 波长调制型光纤温度传感器 传统的半导体传感器探头是由夹在两根光纤之间的半导体薄片组成，不利于医用诊断、测量应用。为弥补这种缺陷，满足测量方便化、结构小型化等要求，考虑将传输光纤置于半导体敏感元件的同一侧，这种传感器探头结构可分为以下三种： 癌症超热治疗中的光纤温度计 一、医学背景 　　在多年以前，研究人员就发现．当把一些癌性肿瘤加热到42℃时，恶性肿瘤细胞不是死亡，就是变得易于接受传统的化疗或放射性治疗。 目前，对生物体组织加热的途径有两种：电磁被和超声波。 癌症超热治疗中的光纤温度计 由于光纤的电绝缘性，光纤传感器探头既不干扰射频或微波发射产生的加热场，传感器本身也不感应电流加热式噪声场的干扰。 因此将光纤温度汁引人该治疗领域，通过皮下注射针头或导管将光纤温度传感器探头插入癌症患者体内，对病变肿瘤的温度进行监测和控制。 癌症超热治疗中的光纤温度计 二、设计简介 　在早期的医用光纤温度传感器的使用中，存在着一系列的局限性，它们阻碍了该技术的充分发展和广泛使用。归纳起来有以下几点； １　探头尺寸过大，尤其是多传感器阵列， ２　探头长度过短，在某些情况下，不利于临床操作使用； ３　探头在日常使用中易损坏； ４　校难费时且不方便； ５　校准随时间和周围环境温度而漂移，需多次反复校难； ６　在临床的探头操作中，由光纤弯曲而带来的光学信号的改变，使测量数据产生误差； 癌症超热治疗中的光纤温度计 光纤温度计的系统设计 用于超热治疗监测的光纤温度计系统装置包括一个荧光传感器探头、进行信号分析与控制的处理电路以及包括光源在内的光学捕助系统。 传感器探头的设计 探头的外壳由医用上可接受的合氟聚合物(聚四氟乙烯)挤压成形。其外面的黑色绝缘层(是非细胞毒性的)可以对散射光进行屏蔽。当阵列式传感器(4个)探头覆有保护层时．其外径为0.9mm或更小 癌症超热治疗中的光纤温度计 二、荧光传感器设计 对于传感器端部的温度敏感荧光物质，可选用硅酸氟化镁与四价锰反应。这种磷光体可被紫外光或蓝紫光激发，发出深红色荧光。 由于激励光波长与被激发的荧光波长相距较远，故通过滤光器可以很容易地将两者分开。 因此，单根光纤就可用作医用探头。 医用光纤温度传感器